Bipolārs tranzistors vai BJT ir 3 termināļu pusvadītāju ierīce, kas spēj pastiprināt vai pārslēgt mazus signāla ieejas spriegumus un strāvas uz ievērojami lielākiem izejas signāla spriegumiem un strāvām.
Kā attīstījās bipolārā savienojuma tranzistors BJT
Laikā no 1904. līdz 1947. gadam vakuuma caurule neapšaubāmi bija elektroniska ierīce ar lielu zinātkāri un izaugsmi. 1904. gadā vakuuma caurules diodi palaida J. A. Flemings. Drīz pēc tam, 1906. gadā, Lee De Forest uzlaboja ierīci ar trešo funkciju, kas pazīstama kā vadības režģis, ražojot pirmo pastiprinātāju un nosaucot par triodu.
Turpmākajās desmitgadēs radio un televīzija radīja milzīgu iedvesmu cauruļu biznesam. Ražošana pieauga no aptuveni 1 miljona cauruļu 1922. gadā līdz aptuveni 100 miljoniem cauruļu 1937. gadā. 1930. gadu sākumā 4 elementu tetrode un 5 elementu pentode ieguva popularitāti elektronu cauruļu biznesā.
Turpmākajos gados ražošanas nozare pārtapa par vienu no vissvarīgākajām nozarēm, un šiem modeļiem tika veikti ātri uzlabojumi, ražošanas metodes, lieljaudas un augstfrekvences lietojumi un miniaturizācijas virziens.
Tomēr 1947. gada 23. decembrī elektronikas nozare piedzīvoja absolūti jauna “interešu un uzlabojumu virziena” ienākšanu. Dienas vidū izrādījās, ka Valters H. Brattains un Džons Bardēns izstādīja un pierādīja pirmā telefona tranzistora pastiprinošo funkciju Bella telefona laboratorijās.
Pirmais tranzistors (kas bija punktveida kontakta tranzistora formā) ir parādīts 3.1.
Attēla pieklājība: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Replica-of-first-transistor.jpg
Šīs 3 kontaktu cietvielu bloka pozitīvie aspekti atšķirībā no caurules bija uzreiz pamanāmi: tas izrādījās daudz mazāks, varēja darboties bez “sildītāja” vai apkures zudumiem, bija nesalaužams un spēcīgs, bija efektīvāks enerģijas patēriņš, to varēja viegli uzglabāt un piekļūt, tam nebija nepieciešama sākotnēja sasilšana, un tas darbojās ar daudz zemāku darba spriegumu.
TRANSISTORA BŪVNIECĪBA
Transistors būtībā ir ierīce, kas uzbūvēta ar 3 pusvadītāju materiāla slāni, kurā tiek izmantots vai nu 2 n tipa un viens p veida materiāla slānis, vai arī 2 p tipa un viens n veida materiāla slānis. Pirmo veidu sauc par NPN tranzistoru, bet otro variantu sauc par PNP tranzistora tipu.
Abus šos veidus var vizualizēt 3.2. Attēlā ar atbilstošu līdzstrāvas novirzi.
Mēs jau esam iemācījušies, kā to izdarīt BJT līdzstrāvas neobjektivitāte nepieciešamā darbības reģiona izveidošanai un maiņstrāvas pastiprināšanai. Šim nolūkam emitētāja sānu slānis tiek leģēts daudz nozīmīgāk, salīdzinot ar pamatnes pusi, kas ir mazāk nozīmīgi.
Ārējie slāņi tiek veidoti ar daudz lielāku biezumu, salīdzinot ar p- vai n-veida materiāliem. Iepriekš 3.2. Attēlā mēs varam atrast, ka šim tipam kopējā platuma proporcija salīdzinājumā ar centrālo slāni ir aptuveni 0,150 / 0,001: 150: 1. Pārslāpētajā slānī ievadītais dopings ir arī salīdzinoši zemāks nekā ārējie slāņi, kas parasti svārstās 10: 1 vai pat mazāk.
Šāda veida pazemināts dopinga līmenis pazemina materiāla vadītspēju un palielina rezistīvo raksturu, ierobežojot brīvi kustīgi elektroni vai “brīvie” nesēji.
Izspiešanas diagrammā mēs varam arī redzēt, ka ierīces spailes tiek parādītas, izmantojot lielos burtus E izstarotājam, C kolektoram un B pamatnei, mūsu turpmākajā diskusijā es izskaidrošu, kāpēc šī nozīme tiek piešķirta šiem termināliem.
Arī termins BJT tiek izmantots bipolārā tranzistora saīsināšanai un apzīmēts šīm 3 termināla ierīcēm. Frāze “bipolāri” norāda dopinga procesā iesaistīto urbumu un elektronu nozīmi attiecībā pret pretēji polarizētu vielu.
TRANSISTORA DARBĪBA
Tagad sapratīsim BJT būtisko darbību, izmantojot 3.2. Att. PNP versiju. NPN kolēģa darbības princips būtu tieši līdzīgs, ja elektronu un urbumu līdzdalība vienkārši tiktu savstarpēji mainīta.
Kā redzams 3.3. Attēlā, PNP tranzistors ir pārzīmēts, novēršot bāzes un kolektora novirzi. Mēs varam vizualizēt, kā izsīkuma reģions izskatās sašaurināts platuma dēļ inducētās novirzes dēļ, kas izraisa masīvu vairākuma pārvadātāji pāri p- līdz n-veida materiāliem.
Gadījumā, ja tiek novērsts pnp tranzistora novirze no bāzes līdz izstarotājam, kā parādīts 3.4. Attēlā, vairākuma nesēju plūsma kļūst nulle, pieļaujot tikai mazākuma nesēju plūsmu.
Īsumā mēs to varam saprast neobjektīvā situācijā viens BJT p-n krustojums kļūst pretējs, bet otrs krustojums ir uz priekšu.
3.5. Attēlā mēs varam redzēt, kā pnp tranzistoram tiek piemēroti gan novirzes spriegumi, kas izraisa norādīto vairākuma, gan mazākuma nesēja plūsmu. Šeit no noplicināšanas reģionu platumiem mēs varam skaidri vizualizēt, kurš krustojums darbojas ar uz priekšu vērstu stāvokli un kurš ir pretējs.
Kā parādīts attēlā, ievērojams daudzums vairākuma nesēju galu galā tiek izkliedēts pāri uz priekšu vērstajai p-n pārejai n-veida materiālā. Tas mūsu prātā rada jautājumu, vai šiem nesējiem varētu būt kāda svarīga loma, lai veicinātu bāzes strāvas IB vai ļautu tai ieplūst tieši p-veida materiālā?
Ņemot vērā to, ka iestiprinātais n veida saturs ir neticami plāns un ar minimālu vadītspēju, izņēmuma kārtā daži no šiem nesējiem gatavojas veikt šo īpašo augstas pretestības ceļu pāri bāzes terminālim.
Emitētāja un kolektora strāvas bāzes strāvas līmenis parasti ir ap mikroamperiem, nevis miliamperiem.
Lielāks šo vairākuma nesēju diapazons izkliedēsies gar apgrieztā virziena krustojumu p tipa materiālā, kas piestiprināts kolektora spailei, kā norādīts 3.5. Attēlā.
Faktiskais cēlonis, kas slēpjas šajā relatīvajā vieglumā, ar kuru vairākuma pārvadātājiem ir atļauts nokļūt pāri pretēji neobjektīvajam krustojumam, ātri tiek realizēts ar apgrieztās slīpās diodes piemēru, kur inducētie vairākuma nesēji parādās kā mazākuma nesēji n-veida materiālā.
Citādi sakot, mēs atrodam minoritāšu nesēju ievadu n tipa bāzes reģiona materiālā. Ar šīm zināšanām un kopā ar to, ka diodēm visi mazākuma nesēji noplicināšanas reģionā nokļūst pāri pretēji novirzītam krustojumam, rada elektronu plūsmu, kā norādīts 3.5.
Pieņemot, ka tranzistors, kas parādīts 3.5. Attēlā, ir viens mezgls, mēs varam piemērot pašreizējo Kirhofa likumu, lai iegūtu šādu vienādojumu:
Kas parāda, ka izstarotāja strāva ir vienāda ar bāzes un kolektora strāvas summu.
Tomēr kolektora strāvu veido pāris elementi, proti, vairākuma un mazākuma nesēji, kā pierādīts 3.5.
Minoritātes strāvas nesēja elements šeit veido noplūdes strāvu, un to simbolizē kā ICO (strāvas IC ar atvērtu izstarotāja spaili).
Tādējādi kolektora neto strāva tiek noteikta, kā norādīts šādā 3.2 vienādojumā:
Kolektora strāvas IC mēra mA visiem vispārējas nozīmes tranzistoriem, bet ICO aprēķina uA vai nA.
ICO rīkosies gluži kā pretējs neobjektīvs diods, un tāpēc tas var būt neaizsargāts pret temperatūras izmaiņām, tāpēc testēšanas laikā tas ir pienācīgi jāuzmanās, it īpaši ķēdēs, kas paredzētas darbībai ļoti dažādos temperatūras diapazona scenārijos, pretējā gadījumā rezultāts var būt ļoti liels ietekmē temperatūras faktora dēļ.
Tas nozīmē, ka daudzo moderno tranzistoru konstrukcijas izkārtojuma uzlaboto uzlabojumu dēļ ICO ir ievērojami samazināts, un to var pilnībā ignorēt visiem šodienas BJT.
Nākamajā nodaļā mēs uzzināsim, kā konfigurēt BJT kopīgajā bāzes režīmā.
Atsauces: https://en.wikipedia.org/wiki/John_Bardeen
Pāri: Sprieguma dalītāja novirze BJT ķēdēs - lielāka stabilitāte bez beta koeficienta Nākamais: Izpratne par kopējo bāzes konfigurāciju BJT
